CN102222749A - 发光组件及其模块 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种发光组件，包含：一透明基板，具有第一表面、相对于第一表面之第二表面以及相邻于该第一表面及该第二表面之一侧面，一凹槽，自该第一表面开设于该透明基板中，至少一对电极，位于该凹槽底面之相对两侧且向外延伸出该凹槽至该透明基板之该侧面，其中该电极覆盖于该透明基板之该第一表面，至少一个发光晶粒位于该凹槽上，以及一透明胶，覆盖该发光晶粒。再者，本发明同时提供发光组件之模块。

Description

发光组件及其模块
技术领域
本发明系有关一种发光组件及其模块。
背景技术
光电组件中的发光二极管(light emitting diode；LED)具有低耗电、高亮度、体积小及使用寿命长等优点，因此被认为是新世代绿色节能照明的最佳光源。近年来发光二极管之封装结构持续的研发及改良，为提高发光二极管组件之出光率及使用寿命。
依据先前技艺美国专利公开号US 2005/0012108所示，一发光二极管封装结构100如图1A为先前技艺之俯视图及图1B为图1A之A至A’剖面图，其包含一透明基板102、一凹槽104。前述透明基板102具有第一表面120及相对于第一表面120之第二表面122。凹槽104为一功能区，前述功能区之相对两侧边具有倾斜面118A及倾斜面118B，在功能区底部可放置一发光二极管晶粒106。金属层108A及金属层108B覆盖于透明基板102之第一表面120且不包含凹槽104，金属层之间保持一间距防止电性短路。电极110A位于金属层108A上以及电极110B位于金属层108B上做为发光二极管封装结构100对外之电性连接。金属导线112A及金属导线112B个别电性连接发光二极管晶粒106与金属层108A及金属层108B。一透明胶114填充于前述凹槽104内，并且覆盖于发光二极管晶粒106上。由于发光二极管封装结构100为透明基板102而其封装胶使用透明胶114，因此，发光二极管晶粒106产生之光线可直接穿透透明基板102以及透明胶114。为使得光线集中于一出光面即透明基板102之第二表面122，更于透明胶114内混合反射材料116以增加光反射而达到提高出光率。发光二极管封装结构100虽然设计光线124集中于一出光面，但是部分光线126及光线128还是经由发光二极管封装结构100两侧及顶面往外射出而降低组件之出光率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种具有较高出光率的发光组件及其模块，其更包含可双面出光及高散热之功能。
本发明系为一发光组件，包含：一透明基板，具有第一表面、相对于第一表面之第二表面以及相邻于该第一表面及该第二表面之一侧面，一凹槽，自该第一表面开设于该透明基板中，至少一对电极，位于该凹槽底面之相对两侧且向外延伸出该凹槽至该透明基板之该侧面，其中该电极覆盖于该透明基板之该第一表面，至少一个发光晶粒位于该凹槽上，以及一透明胶，覆盖该发光晶粒。
本发明进一步提供一种发光组件模块，包含：一载板，具有多个组件承载区，多个发光组件分别设置于多个组件承载区；多个内部电极设置于该载板，相邻组件承载区之间设置多个内部电极，位于该相邻组件承载区的相邻发光组件之间通过该内部电极电性连接；及多个外部电极用与外界电性连接。
相对于先前技艺，本发明之发光组件可增加发光组件的出光效率及加速所述组件之散热速度，另外，改善模块之载板结构，亦获得预定出光面的发光模组。
下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1A为先前技艺之俯视图。
图1B为先前技艺之A至A’切线剖面图。
图2A为本发明发光组件实施例之俯视图。
图2B为图2A之B至B’切线剖面图。
图2C为图2A之C至C’切线剖面图。
图2D为本发明发光组件之另一实施例。
图2E为本发明发光组件之又一实施例。
图2F为本发明发光组件之再一实施例。
图3为本发明发光组件之制造流程图。
图4A为本发明发光组件模块之俯视图。
图4B为本发明图4A之D至D’切线剖面图。
图4C为本发明发光组件模块之另一实施例。
主要元件符号说明
发光二极管封装结构      100
透明基板                102
凹槽                    104
发光二极管晶粒          106
金属层                  108A、108B
电极                    110A、110B
金属导线                112A、112B
透明胶                  114
反射材料                116
倾斜面                  118A、118B
第一表面                120
第二表面                122
光线                    124
光线                    126
光线                    128
发光组件                200
透明基板                202
凹槽                    204
发光晶粒                206
电极                    210A、210B
金属导线                212A、212B
透明胶                  214
凹槽侧边                218、218A、218B
固定胶                  220
荧光转换材料            222
电极分隔区              224A、224B
荧光薄层                226A、226B
反射层                  228
第一表面                230
第二表面                232
侧面                    234
光线                    236
发光组件模块            400
载板                    402
发光组件                404
内部电极                406
外部电极                408
组件承载区              410
光线                    412
篓空部                  414
具体实施方式
本发明在此所探讨的方向为一种发光组件及模块。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并未限定于发光组件及模块之技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要之限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以之后的专利范围为准。
请参考图2A为本发明实施例之俯视图、图2B为本发明实施例在图2A之B至B’切线剖面图以及图2C为本发明实施例在图2A之C至C’切线剖面图。本发明实施例提供一发光组件200包含：一透明基板202，具有第一表面230、相对于第一表面230之第二表面232以及相邻于该第一表面230及第二表面232之一侧面234。一凹槽204自第一表面230开设于透明基板202中，凹槽204的形状不限。透明基板202可由二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、透明胶材、玻璃或蓝宝石(sapphire)等材料制成。这里需注意透明基板202之折射率小于发光二极管之折射率，才能使得光线透出组件。一对电极210A及电极210B，位于凹槽204底面之相对两侧，且以相反方向向外延伸出凹槽204至透明基板202之侧面234，其中电极210A及电极210B更覆盖于透明基板202之第一表面230。电极210A及电极210B可使用镍(Ni)、银(Ag)、铝(Al)、钛(Ti)、金(Au)、铂(Pt)等高反射率金属或是前述金属之合金。至少一个以上之发光晶粒206以固定胶220固定于凹槽204底面，并利用金属导线212A及金属导线212B分别和电极210A及电极210B电性连接，或是可用覆晶的方式以凸块电性连接电极210A及电极210B(图未示)。所述发光晶粒206可为发光二极管、激光二极管。固定胶220可使用环氧树脂(epoxy)或是硅胶(silicone)。一透明胶214，填充于凹槽204并覆盖发光晶粒206以保护晶粒减少受到外部环境的影响。前述透明胶214为环氧树脂(epoxy)或是硅胶(silicone)。
如图2A所示，一对电性相反之电极210A及电极210B从凹槽204底部的两侧以相反的方向沿着凹槽侧边218至透明基板202的侧面234，且包覆第一表面230。其中电极210A及电极210B之间更包含电极分隔区224A及电极分隔区224B以避免电性短路的现象。另外，电极210A及电极210B延伸于凹槽侧边218径向相对的二狭长区间上并未完全包覆凹槽侧边218，因此，发光晶粒206所产生的光线236除了从第一表面230以及凹槽204底面亦为第二表面232出光外，亦会经由未为电极210A及电极210B覆盖的凹槽侧边218A及凹槽侧边218B进入透明基板202中。这些进入透明基板202中的光线经由包覆在透明基板202侧面234上的电极210A及电极210B反射至第二表面232出光，如图2B及图2C。再者，前述电极的面积可包覆发光组件超过1/2的面积，也提高组件之散热功能。
再参考图2C，本发明实施例的第二表面232以及凹槽侧边218A及凹槽侧边218B可为粗化表面或是包含微结构提高组件之出光率。凹槽侧边218A及凹槽侧边218B的斜角角度范围未限定。
本发明实施例可同时在透明胶214或固定胶220内进一步添加荧光转换材料222调整组件出光的颜色，例如产生白光或是其它所需之颜色。荧光转换材料222可为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硫化物(sulfide)、磷化物(phosphate)、氮氧化物(oxynitride)、硅酸盐类(silicate)，其材料之浓度依据组件最终所需之颜色可与透明胶214或是固定胶220有一定之配比。当然也可以选择在透明胶214或是固定胶220其中之一添加荧光转换材料222，可让组件的发光颜色有更多重的选择。
图2D为本发明另一实施例，透明胶214及固定胶220不含任何荧光转换材料222，而是将荧光转换材料222形成荧光薄层226A及荧光薄层226B覆盖于第一表面230以及第二表面232上，经由发光晶粒206产生的第一波长光线穿过荧光薄层226A及荧光薄层226B激发其中荧光转换材料222而形成第二波长光线，同时未完全转换之第一波长光线与第二波长光线混合得到最终所要之发光颜色。其中荧光薄层226A及荧光薄层226B所配置的荧光转换材料222浓度或是种类可依需求变化。
图2E为本发明之又一实施例，与图2D实施例差异在于将荧光薄层226A换成一反射层228覆盖于第一表面230，荧光薄层226B覆盖于第二表面232。本实施例利用反射层228将原来朝向第一表面230之光线236反射至第二表面232出光。再者，光线236也会经由覆盖在透明基板202第一表面230及侧面234的电极210A及电极210B反射，所以有集中光线之效果，提高出光之效率。
图2F为本发明之再一实施例，与图2E之差异在于荧光转换材料222分布于透明胶214与固定胶220之中，光线236经由反射层228反射至第二表面232出光。
依据上述，本发明提供一种发光组件制造流程，简述如图3。首先，步骤302提供一透明基板，例如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、透明胶材、玻璃或是蓝宝石(sapphire)等材料，且透明基板的折射系数要小于晶粒材料的折射系数。
然后，步骤304形成一凹槽在透明基材上，藉由干式蚀刻方式，利用光致抗蚀剂自旋涂布机以离心力将光致抗蚀剂全面涂布于透明基板的第一表面上方形成光致抗蚀膜。再以光微影法(photolithography)将光致抗蚀膜图案化而形成屏蔽，使得预计蚀刻部份显露。再以电感式电浆蚀刻系统(inductively coupledplasmaetcher；ICP)蚀刻出凹槽，或是以湿式蚀刻方式，用一定配比之化学溶液以化学反应的手段侵蚀透明基板形成凹槽。前述凹槽的形状不限，另外，更可于发光组件的出光表面及凹槽侧面形成粗糙不规则面提高组件的出光率。
接着，步骤306形成电极于凹槽上并延伸至透明基板的侧边以及覆盖于透明基板的第一表面上。利用电镀、蒸镀或是溅镀的方法将一对电性相反之电极形成于发光组件预设的位置上，并在电极之间保留电极分隔区，避免电性短路。
接下来，步骤308使用固定胶固定晶粒于凹槽底部。前述固定胶可使用环氧树脂(epoxy)或是硅胶(silicone)将晶粒固定于凹槽底部。由于本发明为透明基板，发光晶粒产生的光线亦可由凹槽底部透出，因此在固晶胶内选择混合荧光转换材料可变换组件出光的颜色。
最后，步骤310填充透明胶于凹槽中并且覆盖晶粒。填充透明胶是保护发光晶粒不受环境影响，若在透明胶内添加荧光转换材料可变换发光组件出光的颜色。固定胶与透明胶可同时添加荧光转换材料让发光组件出光颜色相同，亦可加入不同颜色的荧光转换材料让发光组件出光颜色呈现多变。
本发明又提供一发光组件模块，请参考图4A为本发明发光二极管组件模块400之俯视图以及图4B为图4A之D-D’切线剖面图。其包含：一载板402具有复数个组件承载区410，复数个内部电极406设置于组件承载区410两侧并埋置于基载板402内部，且相邻组件承载区410之复数个发光组件404之间以内部电极406电性连接，以及复数个外部电极408用以与外界电性连接。
依据上述发光组件模块，所述载板402可为陶瓷基板以提高模块之散热功能。陶瓷基板除了为块状基板之外也可为片状之低温共烧陶瓷基板，更进一步可将电极与陶瓷粉末一起高温烧结成型。埋置于组件承载区410两侧的内部电极406及外部电极408可为L型状，此种形状之优点可同时配合发光组件的各种电极的位置设计或是对外电性连接的位置设计，另外L形状电极的面积较大，亦可增加组件散热的速度。当然，所述电极的外型亦可为任何形状。所述电极可使用镍(Ni)、银(Ag)、铝(Al)、钛(Ti)、金(Au)、铂(Pt)等金属或是前述金属之合金。本发明之实施例可为串联、并联或串并联模块，可依据需求设计。由于本发明之模块实施例为单面出光，光线412由组件的第二表面232射出，无法满足本发明发光组件实施例之双面出光特性，更提供另一实施例如图4C。
图4C为一双面出光之发光组件模块，将组件承载区410之底部设有篓空部414，即组件承载区上下贯穿，当本发明之发光组件404置入后，发光组件404之第一表面230及第二表面232皆可出光，同时达到两面出光之效果。
从本发明手段与具有的功效中，可以得到本发明具有诸多的优点。首先，本发明使用透明基板可让发光组件双面出光，亦可选择以单面出光。因此，发光组件被设计双面出光时，可以调配荧光转换材料使得双面出光的颜色不同，增加组件之出光效果。再者，大面积的金属层除了做为电极外，更可用于光线反射提高发光组件之单面出光率，金属层的另一功能则为组件之散热路径，提高组件之寿命。
显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求项之范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明之较佳实施例而已，并非用以限定本发明之申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述申请专利范围内。

Claims (11)

1.一种发光组件，包含：
一透明基板，具有第一表面、相对于第一表面之第二表面以及相邻于该第一表面及该第二表面之一侧面；
一凹槽，自该第一表面开设于该透明基板中；
至少一对电极，位于该凹槽底面之相对两侧且向外延伸出该凹槽至该透明基板之该侧面，其中该电极覆盖于该透明基板之该第一表面；
至少一个发光晶粒位于该凹槽上；以及
一透明胶，覆盖该发光晶粒。
2.根据权利要求1所述的一种发光组件，其特征在于：该第二表面设置有多个微结构。
3.根据权利要求1所述的一种发光组件，其特征在于：更包含至少一荧光转换材料层覆盖在所述透明基板之第一表面或相对于第一表面之第二表面。
4.根据权利要求1所述的一种发光组件，其特征在于：更包含至少荧光转换材料层覆盖在所述透明基板之第一表面以及相对于第一表面之第二表面。
5.根据权利要求1所述的一种发光组件，其特征在于：一荧光转换材料设置于所述透明胶和固定胶中或是所述透明胶和固定胶两者之一。
6.根据权利要求1所述的一种发光组件，其特征在于：更包含至少一反光层覆盖在所述透明基板之第一表面。
7.根据权利要求5所述的一种发光组件，其特征在于：所述荧光转换材料为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硫化物(sulfide)、磷化物(phosphate)、氮氧化物(oxynitride)、硅酸盐类(silicate)。
8.根据权利要求1所述的一种发光组件，其特征在于：所述透明基板的材质为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、透明胶材、玻璃或是蓝宝石(sapphire)。
9.一种发光组件模块，包含：
一载板，具有多个组件承载区，
多个如权利要求1至8所述的任一发光组件分别设置于多个组件承载区；
多个内部电极设置于该载板之相邻组件承载区之中，位于该相邻组件承载区的相邻发光组件之间通过该内部电极电性连接；及
多个外部电极用与外界电性连接。
10.根据权利要求9所述的发光组件模块，其特征在于：所述组件承载区具有供所述发光组件出光的镂空部。
11.根据权利要求9所述的发光组件模块，其特征在于：所述载板为陶瓷基板。
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